?；⒅楸鼗炷恋膽?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系試驗研究

鄭紅勇，柴麗娟

（1.太原學(xué)院，山西 太原 030032；2.太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024）

1 引言

我國能源短缺，建筑能耗所占比例較大，建筑節(jié)能至關(guān)重要。我國相關(guān)部門相繼發(fā)布了一系列建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，如 《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189-2015)[1]等。另外，我國在一些地方頒布了補(bǔ)貼政策，北京市鼓勵建筑工程申請綠色建筑標(biāo)識，政府負(fù)責(zé)支付評審費(fèi)，并對高星級綠色建筑實行補(bǔ)貼政策[2]等。建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)以及綠色建筑補(bǔ)貼政策的實施，促進(jìn)了建筑新型節(jié)能材料的研發(fā)和推廣。

玻化微珠保溫混凝土是一種集保溫和承重的新型材料，目前對保溫混凝土的研究較成熟[3]。?；⒅楸鼗炷羻屋S受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的基礎(chǔ)[4-6]。文獻(xiàn)[7]參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)[8]中規(guī)定的普通混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式以及峰值應(yīng)變等，對保溫混凝土的相關(guān)性能進(jìn)行了研究，并得出保溫混凝土的峰值應(yīng)變隨強(qiáng)度等級的增加而減少，與普通混凝土的峰值應(yīng)變變化規(guī)律相反的結(jié)論。

為了研究玻化微珠保溫混凝土峰值應(yīng)變隨強(qiáng)度等級的變化規(guī)律，試驗設(shè)計了三種不同配方，研究C30、C40和C50保溫混凝土的峰值應(yīng)變變化規(guī)律以及單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。

2 試驗材料

1）試驗所用玻化微珠選自河南信陽某工廠，其主要物理性能見表1。

表1 玻化微珠的主要性能Table 1 Themain properties of glazed hollow beads

2）試驗所用水泥是42.5級普通硅酸鹽水泥，細(xì)度是0.65，比表面積是400m2/kg。

3）試驗所用砂子是中砂，細(xì)度模數(shù)是2.67；石子是碎石，級配是5~20mm。

4）試驗所用硅灰選自四川某廠家，平均粒徑180nm。

5）試驗所用減水劑是課題組自制的減水劑，試驗所用水是太原市自來水。

3 試驗方案

試驗設(shè)計了三種不同配合比，如表2所示。

表2 1m3保溫混凝土試驗配合比設(shè)計Table 2 The design mixture

試驗參考 《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》 (GB/T 50081-2002)，每種強(qiáng)度等級下制作邊長為150mm的立方體試塊三塊來測量抗壓強(qiáng)度，參考已有的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系研究方法，每種強(qiáng)度等級下制作150mm×150mm×300mm的棱柱體試塊三塊，參考文獻(xiàn)[9]中保溫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法，制作300mm×300mm×30mm試塊兩塊。

試塊制作過程如下：首先將?；⒅轭A(yù)濕90s，再將其他材料倒入攪拌機(jī)中攪拌240s。將制作好的試塊編號拆模后，放在溫度為23℃的養(yǎng)護(hù)池水中養(yǎng)護(hù)28天，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系試驗。

保溫混凝土試塊抗壓強(qiáng)度試驗所用儀器是太原理工大學(xué)結(jié)構(gòu)實驗室2000kN微機(jī)控制電液伺服萬能試驗機(jī)，加載速率為0.6MPa/s；應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系試驗所用儀器是5000kN微機(jī)控制電液伺服萬能試驗機(jī)，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系試驗上升段的應(yīng)變用敏感柵長度為80mm的應(yīng)變片測量，應(yīng)變片縱向粘貼在棱柱體澆筑位置的兩個側(cè)面，下降段用光電百分表測量。保溫混凝土本構(gòu)關(guān)系上升段的加載速率是0.002mm/s，待荷載達(dá)到峰值荷載的90%后，速率為0.001mm/s[10]；導(dǎo)熱系數(shù)試驗所用儀器是沈陽合興檢測設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DRCD-3030型智能化導(dǎo)熱系數(shù)測定儀。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 峰值應(yīng)變、極限應(yīng)變

試驗所測得的保溫混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu、導(dǎo)熱系數(shù)λ、棱柱體峰值應(yīng)力fc，r以及同強(qiáng)度等級下保溫混凝土和文獻(xiàn)[8]中規(guī)定的普通混凝土棱柱體的峰值應(yīng)變 εc，r、極限應(yīng)變與峰值應(yīng)變的比值εc，u/εc，r如表 3 所示。

表3 試驗結(jié)果Table 3 The test results

由表3可知，隨著強(qiáng)度等級的增加，玻化微珠保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增加，棱柱體峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變也逐漸增加，保溫混凝土峰值應(yīng)變的變化趨勢與普通混凝土的一致，這與文獻(xiàn)[7]得出的規(guī)律不同。同強(qiáng)度等級下保溫混凝土的峰值應(yīng)變以及極限應(yīng)變與峰值應(yīng)變的比值比普通混凝土的大，說明保溫混凝土的延性比普通混凝土的好。隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土的極限應(yīng)變與峰值應(yīng)變的比值逐漸減小，說明保溫混凝土的延性逐漸變差。

隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土的密度逐漸增加，空隙率逐漸減小，空氣含量越少，保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)增加；?；⒅槭怯绊懕鼗炷翆?dǎo)熱系數(shù)的主要因素，而三種配合比中，?；⒅榈暮渴且粯拥?，隨著強(qiáng)度等級的增加，?；⒅榈淖饔眯Ч兴鶞p弱，故保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)的逐漸增加。因此，在保溫混凝土強(qiáng)度提高的同時，保溫性能變差。

玻化微珠輕質(zhì)多孔，受力小，變形大，導(dǎo)致保溫混凝土的變形增加，故保溫混凝土的延性比普通混凝土的稍好。三種強(qiáng)度等級下?；⒅榈暮恳粯樱瑥?qiáng)度等級較高的保溫混凝土中?；⒅樗鸬姆稚⒛芰康淖饔貌蝗绲蛷?qiáng)度等級的保溫混凝土，故隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土的延性逐漸變差。

4.2 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)中規(guī)定的普通混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模如下：

其中，

n-本構(gòu)曲線上升段參數(shù)值；

αc-本構(gòu)曲線下降段參數(shù)值；

dc-混凝土受壓損傷演化參數(shù)；

參考以上公式，對?；⒅楸鼗炷翍?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行擬合，以 ε/εc，r、σ/fc，r為坐標(biāo)的保溫混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的擬合曲線以及同強(qiáng)度等級下普通混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。

圖1 保溫混凝土和普通混凝土棱柱體的應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線圖Fig.1 The stress-strain fitting curves of prisms of TIC and NC

玻化微珠保溫混凝土棱柱體本構(gòu)關(guān)系擬合參數(shù)n、αc，以及 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 (GB50010-2010)規(guī)定的同強(qiáng)度等級下普通混凝土的擬合參數(shù)如表4所示。

表4 保溫混凝土和普通混凝土棱柱體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系擬合參數(shù)Table 4 The fitting parameters of stress-strain relationships of prisms of TIC and NC

?；⒅楸鼗炷寥N強(qiáng)度等級下的應(yīng)力-應(yīng)變無量綱曲線如圖2所示。

由表4可知，參考 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)擬合保溫混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較理想，三種強(qiáng)度等級下，上升段曲線擬合度均較高，C30和C50下降段曲線擬合度較高，而C40下降段擬合度較低，具體原因有待研究。

保溫混凝土應(yīng)力-應(yīng)變上n值與混凝土的彈性模量和峰值點的割線模量有關(guān)，n越大，應(yīng)力-應(yīng)變無量綱曲線的斜率越小，曲線越平緩；αc越大，說明曲線越陡。由圖2可知，保溫混凝土三種強(qiáng)度等級下，強(qiáng)度等級越高，n越大，上升段曲線越平緩，αc逐漸增加，下降段曲線越陡，說明保溫混凝土的延性變差。

同強(qiáng)度等級下，與普通混凝土相比，保溫混凝土的n較小，說明保溫混凝土上升段較陡，而且隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土和普通混凝土上升段參數(shù)的比值逐漸增加，說明二者上升段曲線越接近，這與?；⒅楹坑嘘P(guān)，玻化微珠含量相同，強(qiáng)度等級較高的保溫混凝土中?；⒅閷ψ冃蔚挠绊懶Ч鹊蛷?qiáng)度等級的保溫混凝土中?；⒅榈男?；與普通混凝土相比，保溫混凝土的αc較小，說明保溫混凝土下降段曲線比較平緩，延性較好，但隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土和普通混凝土下降段參數(shù)的比值規(guī)律不明顯，可能是混凝土的離散型，有待研究。

圖2 保溫混凝土棱柱體應(yīng)力-應(yīng)變無量綱化曲線Fig.2 The dimensionless stress-strain curves of prisms of TIC

5 結(jié)論

1)隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的峰值應(yīng)變逐漸增加，與普通混凝土的峰值應(yīng)變變化趨勢相同。

2)隨著強(qiáng)度等級的增加，保溫混凝土的延性變差，但比同強(qiáng)度等級的普通混凝土的延性較好。